GEOLOGIA PARA ENGENHARIAProfº Msc. Carlos Rezende Cardoso Júnior

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCETDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL - DEC

Grupo de SeminárioAlmir Santana

Andre Reis Isidoro

Claudio Moreira

Guilherme Matheus Inacio de Melo

Leandro Pinheiro de Santana

Lucas Elias Alemao Silva

Sheyla Mauricio Maia

Equipamentos e Métodos de Escavação em Solos e

Rochas

Objetivos

ESCAVAÇÃOÉ o processo empregado para romper a compacidade

do solo ou rocha, por meio de ferramentas e processos convenientes, tornando possível a sua remoção.

Obtenção de bens minerais

Abertura de espaços para fins diversos

Envolve grandes volumes de materialExecutada por longos períodos de tempo

Envolve volumes bem menores de materialExecutada em tempos inferiores

Escavação a céu aberto

TIPOS DE ESCAVAÇÃO

Escavação comum – extração de materiais de primeira categoria (solo, materiais decomposto, aluviões, etc).

Escavação de rocha por desagregação ou mista – extração de materiais de segunda categoria ou intermediário (rochas mais ou menos rígidas, estratificadas, de diferentes graus de alteração).

Escavação de rocha por explosivos – extração de materiais de terceira categoria (rocha sã ou pouco alterada).

Tipos de escavação quanto a categoria do material:

Escavação subterrânea

Tunnel Boring Machine(Subterrâneas)

Rompedor Hidráulico(a céu aberto)

CONDICIONANTES GEOLÓGICOS

Efeitos das escavações

ESCAVAÇÕES A CÉU ABERTO

Escorregamento de taludes, seja de uma pequena porção de material até a movimentação de grandes massas

ESCAVAÇÕES SUBTERRÂNEAS

Desde pequenos desplacamentos superficiais até desabamento de tetos ou paredes ou ainda rompimentos de pisos

e, eventualmente colapso total da escavação

É a maior ou menor facilidade do maciço em ser escavado.

Escavabilidade

Classificação de materiais quanto à escavabilidade

Dureza da rocha: resistência à penetração por diferentes artefatos afiados.

Algumas características ligadas à escavabilidade:

Classes de dureza da rocha e resistência à compressão

Tenacidade: maior ou menor resistência à separação em pedaços ao ser golpeada por um martelo.

Resistência à tração e à compressão: são também características diretamente proporcionais à maior dificuldade de escavação.

Densidade da rocha: solos e rochas mais densos requerem maior energia para serem escavados e mobilizados.

Impedância da rocha: tem grande importância para o desmonte de rocha por explosivos.

As características do material a perfurar são importantes tanto na escolha das ferramentas mais adequadas como na influência no custo da atividade. São elas:

Perfurabilidade

Abrasividade: é a propriedade da rocha em desgastar o material de perfuração.

Índice de velocidade de perfuração (IVP): expressa a velocidade de perfuração de uma dada ferramenta em uma determinada rocha.

Índice de desgaste de bits (IDB): indica o desgaste sofrido pelos bits em diversos tipos de rocha, relacionando-se com a vida útil da ferramenta.

Dureza superficial: é medida pelo retorno de martelos padronizados ao golpearem superfícies de amostras de rochas com faces preparadas (polidas, lixadas ou aplainadas).

EQUIPAMENTOS E MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO EM GERAL

É usada onde a espessura do terreno de cobertura situado por cima do material de interesse é relativamente pequena ou o material de interesse é estruturalmente impróprio para a abertura de túneis (como é o caso de areias, cinzas vulcânicas e cascalhos).

Escavação a céu aberto

Consiste na remoção do solo e rocha alterada da superfície para se chegar à rocha sã. Na remoção de solos, quatro métodos são usualmente empregados:

Escavação com o uso de tratores: promove a desagregação de material de primeira e eventualmente de segunda categoria.

Decapeamento

Escavação com o uso de carregadeiras frontais e transporte com caminhões de diferentes capacidades.

Desmonte hidráulico: promovem a desagregação de solos e aluviões com utilização de jatos produzidos sob alta pressão.

Motoscrapers: equipamentos movidos a diesel que escavam, transportam e descarregam o material a distâncias de médio porte com grande rapidez e eficiência.

Usada para a remoção de materiais que estão abaixo do nível d’água. Para tanto, são utilizados os seguintes métodos:

Dragagem por sucção: usada tanto para a execução ou aprofundamento de canais de irrigação, drenagem ou navegação, como para extração de materiais de aterro ou uso civil (areia, argila, silte, cascalho) ou ainda para a obtenção de outros bens associados a depósitos aluvionares.

Dragagem

Dragagem por draglines ou clamshells

A lavra por tira (stripping mining) é um método utilizado principalmente para mineração de camadas pouco profundas, suborizontais e com grande extensão e volume. Além de draglines e escavadeiras, é muito comum o uso de equipamentos de escavação contínua, tais como:Escacadeira por roda de caçamba (bucket

wheel)

Escavadeira por alcatruz ou nora (bucket chain)

Trenchers e ditchers

Lavra por tira

Trenchers

Ditchers

Além dos equipamentos utilizados no decapeamento, três equipamentos são os mais usuais para escavações a céu aberto, sendo também utilizados para carregamento de rocha após seu desmonte por explosivos:

Escavações convencionais

Escacadeira tipo shovel (pá) que são normalmente equipamentos de grande porte, de acionamento elétrico ou a diesel, com utilização de caçambas. O acionamento da caçamba para escavação e descarga é feita por cabos, sendo largamente utilizados em minerações que operam com grande volume de material. São muito pesados e, por isso, possuem capacidade de locomoção limitada, além de alto custo de aquisição, o que é compensado por sua longa vida útil;

Escavadeira hidráulicas são similares às shovel, porém com acionamento de caçambas via sistemas hidráulicos (sem uso de cabos). Possuem menor custo de aquisição e maior mobilidade, porém apresentando vida útil inferior às shovel;

Escavação por carregadeiras frontais sobre pneus são equipamentos de grande mobilidade, e de tamanhos e capacidade de carga variável. Apresentam custo de aquisição e vida útil inferior às shovel e às escavadeiras hidráulicas.

É usada onde a espessura dos terrenos de cobertura é grande ou o mineral encontra-se no interior da rocha.

Escavações em material pouco consolidado geralmente requerem algum tipo de sustentação, que pode ser feita por diferentes métodos.

Assim, escavações subterrâneas necessitam de uma investigação geológico-geotécnica preliminar o mais detalhada possível para evitar-se situações iprevistas, que podem alterar grandemente tanto o custo quanto o cronograma da obra.

O tipo de material a escavar também afeta o custo, o prazo de escavação e, ainda, a metodologia a ser adotada.

Escavações subterrâneas

Cada tipo de obra civil possui diferentes características geométricas, com seções e comprimentos muito variáveis, executadas em diferentes condições geológicas.

Geralmente, túneis ferroviários possuem seção em forma de ferradura. Seções circulares, muitas vezes são utilizadas em material pouco consolidado para aumentar a estabilidade e facilitar o revestimento.

Obras civis

MineraçãoUma mineração subterrânea exige a construção de

uma série de galerias e escavações próximas e semelhantes em geometria, geologia e sistema de execução.

Se baseia em um dos três princípios básicos abaixo indicados:Abandono de pilares: constitui em deixar parte do

minério sem remoção, proporcionando a sustentação dos alargamentos.

Enchimento de escavação: consiste em preencher os vazios da remoção do minério com estéril ou rejeito.

Abatimento controlado do teto: consiste em permitir ou induzir a ruptura do maciço de forma controlada, dissipando-se com isso as tensões e preenchendo os vazios com material desabado.

Métodos de lavra em mineração

Carregadeiras tipo overshot: são equipamentos que coletam o material desmontado e o descarregam atrás de si.

Pás carregadeiras Convencionais: com sistema de descarga lateral.

Pás carregadeiras rebaixadas (LHDs): são equipamentos similares às carregadeiras convencionais, porém com perfil mais baixo para trabalhar em túneis e galerias de pequena altura.

Equipamento de carregamento e transporte

Rastelos (slushers): são equipamentos que arrastam o minério de 15 a 120m, sendo acionados por ar comprimido ou eletricidade.

Slushers

Carregadeiras de carvão: equipamentos com dois braços articulados, semelhantes a garras que puxam o material e o direcional para transportadores sobre correntes.

Carregadeiras de carvão

Equipamentos de transporteCaminhões subterrâneos: possuem perfil

rebaixados para túneis de pequena altura.

Caminhões basculantes convencionais

Vagões e vagonetas ferroviários

Transporte por correias transportadoras

Caminhões subterrâneos

Vagões e vagonetas ferroviários

Caminhões basculantes

convencionais

Transporte por correias transportadoras

Escavações mecanizadas

Basicamente, desmontar rocha com explosivo significa introduzir no maciço, por meio de furos, uma quantidade pré-determinada de um gerador de energia (explosivo) que permita criar na rocha novas fraturas e assim obter a granulometria desejada.

ESCAVAÇÕES EM ROCHA COM O USO DE EXPLOSIVOS

Equipamento disponível

Escavadora de rastos com martelo hidráulico

Mini-escavadora com martelo hidráulico

Retroescavadora

Caminhão de transporte de terras e destroços

AIR TRACK

WAGON DRILL

Explosivos

Um explosivo é um produto químico composto de um combustível e um oxidante.

A deflagração é uma combustão (oxidação) muito rápida, com velocidade crescente.

Na detonação, a oxidação se dá também com velocidade muito alta, porém constante, liberando o máximo da energia do explosivo.

Explosivos deflagrantes e detonantes

Nitrato de amônia

Dinamites

Acessórios dos explosivos

Lamas explosivas Espoletas elétricas

Cordel detonante

Sequência de detonação

Resultado do desmonteA fragmentação inevitavelmente aumenta com o

grau de diaclasamento da rocha.

O lançamento do entulho é diretamente proporcional à sobrecarga de explosivo.

Os blocos maiores do entulho deverão ser ulteriormente fragmentados em função da capacidade do equipamento de carregamento e do tamanho da boca do britador. Em geral, para esta operação chamada de fogacho ou fogo secundário.

A formação do repé implica, para sua retirada, demoradas e dispendiosas operações de furação horizontal e detonação de levante.Estas operações corretivas podem ser executadas somente após a completa retirada do entulho, interrompendo o ciclo. O repé pode ser evitado melhorando-se a precisão da furação, aumentando-se a subfuração ou diminuindo-se o afastamento.

Os roubos de fogo ou back break podem causar cortes de cordel, no topo da bancada, com consequente interrupção da detonação e/ou corte de furos, com riscos de presença de explosivo no entulho. Os roubos podem ser condicionados pelo diaclasamento ou por excesso de carga na parte superior da coluna.

Escavações subterrâneas

Esquemas de fogoPilão: o objetivo do pilão é criar uma superfície

livre contra a qual será efetuado o restante do desmonte, executado com os furos auxiliares ou de alargamento.

Alargamento: o alargamento tem função de fragmentação satisfatória e disposição conveniente do entulho, no interior do mesmo avanço alcançado pelo pilão.

Contorno: a utrilização de métodos que permite atingir um contorno acuradamente cortado (smooth blasting), a rocha depois da detonação aparece sem sofrer estragos como tivesse sido cortada a faca.

Equipamentos de furação

Serviços complementares

Serviços auxiliares Ventilação Ar comprimido Iluminação Disciplinamento das

águas de infiltração

Rede elétrica Rede de detonação Água industrial